Воздушные армии фронтов и авиация дальнего действия сосредоточивали свои удары по окруженной группировке противника. В конце ноября перед авиацией возникла новая задача - борьба с транспортной авиацией противника, пытавшейся снабжать по воздуху окруженную группировку. В первые недели для перевозки грузов привлекалось до 600 самолетов Ю-52, ФВ-200 и др. Позже, в связи с большими их потерями, противник вынужден был использовать для этой цели бомбардировщики Хе-111 и Ю-88. В начале декабря они стали осуществлять полеты группами в 20 - 40 самолетов под прикрытием истребителей.
Для воздушной блокады окруженной группировки в районе Сталинграда, которая продолжалась до капитуляции противника, привлекались 17, 16, 8-я воздушные армии и авиация дальнего действия.
Предпринятое в начале декабря наступление войск фронтов с целью ликвидации окруженной группировки не дало больших результатов. Противник упорно сопротивлялся. 12 декабря из района Котельниково сильная танковая группировка перешла в наступление и потеснила войска 51-й армии.
С 15 декабря, когда погода несколько улучшилась, наша авиация активными действиями уничтожала наступавшие танки и пехоту, а также эшелоны на перегонах. В результате активных действий войск и авиации дальнейшие попытки противника прорваться к своим окруженным войскам были ликвидированы. К 24 декабря и котельниковская группировка врага вынуждена была перейти к обороне, а затем начать отход.
За период 20 - 23 декабря 8-я воздушная армия совершила 758 самолето-вылетов для уничтожения танков и пехоты. Противнику были нанесены значительные потери, а войскам 51-й армии оказана существенная помощь в отражении наступления танковой группировки противника.
Одновременно с выходом .ударной группировки противника на реку Мышкова активизировала свои действия и его окруженная группировка, которая в районе Карповки сосредоточила большое число танков и пехоты для наступления на соединение с танковой группировкой, находившейся уже на удалении 40 - 50 км от района окружения. Авиация 8-й и 16-й воздушных армий в это время систематически наносила удары по окруженным войскам, срывая их попытки прорвать фронт окружения. В момент наиболее напряженных боев на рубеже реки Аксай утром 18 декабря более 100 самолетов 16-й воздушной армии нанесли удар по скоплению противника в районе Карповки. Противник понес большие потери и был вынужден отказаться от дальнейших попыток вырваться из окружения.
В связи с начавшимся 12 декабря наступлением котельниковской группировки противника советское Верховное Главнокомандование приняло решение ускорить проведение наступательной операции Юго-Западного фронта с целью срыва планов противника по деблокированию его окруженной группировки. Войска фронта получили задачу нанести главный удар из района Верхний Мамон в направлении на Нижний Астахов, Морозовск, с тем чтобы выйти в тыл котельниковской группировки и во взаимодействии с 3-й гвардейской и 5-й танковой армиями, наносившими удар с востока, разгромить ее. С запада наступавшие войска обеспечивались 6-й армией Воронежского фронта, действовавшей на кантемировском направлении.